Hersenen en gedrag H8-16 ~ 1819
H8 wakefulness and sleep
8.1 rhythms of waking and sleep
Endogene ritmes (ritmes van binnenuit)
Endogenous circannual rhythm = een ritme dat van binnenuit wordt gegenereerd en tot een
jaar kan duren. Hangt vooral af van de seizoenswisseling.
Elk biologisch ritme met een biologisch of psychologisch proces dat optreedt of fluctueert met
tussenpozen van ongeveer één jaar, zelfs in gecontroleerde omgevingen waar
seizoensgebonden signalen zijn geëlimineerd, zoals seizoensgebonden veranderingen in het
gedrag van sommige trekvogels, die zelfs in een laboratorium aanhouden waar
omstandigheden waarvan schommelingen in temperatuur, daglicht en andere
seizoensgebonden signalen zijn uitgesloten.
Endogenous circadian rhythm = een ritme dat ongeveer een dag lang duurt.
Een circadiaans ritme is een cyclus van ongeveer 24 uur in de fysiologische processen van
levende wezens. In strikte zin worden circadiane ritmen endogeen gegenereerd, hoewel ze
kunnen worden gemoduleerd door externe signalen zoals zonlicht en temperatuur. Circadiane
ritmen zijn belangrijk bij het bepalen van de slaap- en voedingspatronen van alle dieren/mens.
Mensen genereren een 24-uur waak-slaap-ritme → we kunnen dit een klein beetje aanpassen.
Ons circadiane ritme past zich niet gemakkelijk aan, aan ernstige afwijkingen van het 24-uur
schema. Bv. als je dag opeens bestaat uit 18 uur, dan is je lichaam nog steeds 24 uur bezig met
‘1 dag’. Het past zich dus moeilijk aan, aan een slaapschema dat veel verschilt van 24 uur.
Circadiane ritme heeft naast het waak-slaap ritme ook invloed op eten, drinken, plassen,
hormoonafgifte, metabolisme (stofwisseling) en andere variabelen. Zo worden de meeste
mensen door de dag heen vrolijker.
Instellen en resetten van de biologische klok
Circadiane ritmes maken een periode van ongeveer 24 uur, maar ze zijn niet perfect. De ritmes
bestaat zonder licht maar als het niet gereset wordt soms, zal het compleet wegdrijven van de
juiste tijd. De biologische klok werkt ook door bij constant licht of bij constante nacht. Het
aanstaan van het licht reset de klok. Zelfs als mensen hun waak en slapen op de klok instellen,
is de tijd van zonsopgang is een sterke invloed.
Zeitgeber = de stimuli die het circadiane ritme reset.
Voor landdieren is licht de meest dominante zeitgeber. Andere zeitgebers kunnen zijn
exercise, opwinding, maaltijden en temperatuur van de omgeving.
Sociale stimuli - invloeden van andere mensen - zijn niet effectief als zeitgebers, tenzij ze voor
exercise oid zorgen.
Jet lag
Jet lag = een verstoring van het circadiane ritme als gevolg van het overschrijden van tijdzones.
, Hersenen en gedrag H8-16 ~ 1819
Klachten van reizigers zijn onder andere slaperigheid overdag, slapeloosheid ‘s nachts,
depressie en verlaagde concentratie. Deze klachten ontstaan door de mismatch tussen de
interne circadiane klok en de externe tijd.
Reizen naar het westen gaat doorgaans eenvoudiger dan naar het oosten als we kijken naar
onze biologische klok. Als we naar het westen gaan blijven we ‘s nachts langer wakker en
worden we ‘s ochtends later wakker. Je ‘phase-delay’ dan je circadiane ritme. Als men naar het
oosten gaat dan ‘phase-advance’ je het circadiane ritme door eerder te slapen en eerder op te
staan. De meeste mensen vinden het makkelijker om eerder te slapen dan later te slapen.
Aanpassen aan een jetlag is vaak stressvol → stress laat cortisol vrij in het bloed → langdurige
verhogingen van cortisol leidt tot schade van de neuronen van de hippocampus.
Shift work
Als mensen in de nacht willen werken en overdag willen slapen, is de beste manier om het
circadiane ritme te veranderen om hele felle lichten aan te hebben staan ‘s nachts en duisternis
tijdens de dag.
Morning people and evening people
Circadiane ritmes verschillen per persoon.
Ochtendmensen = staan vroeg op, productiviteit piek is vroeg en worden steeds minder alert.
Avondmensen = warmen minder snel op ‘figuurlijk en letterlijk’, behalen hun piek in de
namiddag/ avond. Kunnen beter tegen de hele nacht wakker blijven dan ochtendmensen.
Daarnaast hangt het ook af van leeftijd: ouderen zijn vaak het meest productief vlak na het
wakker worden, terwijl jongeren later op de dag actiever worden.
Mechanisms of the biological clock
De biologische klok is afhankelijk van de suprachiasmatic nucleus (SCN), dit is een deel van
de hypothalamus en ligt boven het optische chiasme. De SCN zorgt voor de controle over de
circadiane ritmes van slaap en temperatuur. Schade aan de SCN zorgt voor minder constante
ritmes en ze zijn niet langer aangepast aan omgeving patronen van licht en donker. Het SCN
produceert circadiane ritmes op een manier die niet aangeleerd is, maar die wordt
gecontroleerd door de genen. Een enkele, geïsoleerde SCN-cel kan het circadiane ritme in
stand houden, ook al zorgt interactie tussen cellen voor een preciezer ritme. Een mutatie kan
ervoor zorgen dat een SCN 20-uur ritme produceert ipv een 24-uur ritme. Onderzoek heeft
aangetoond dat de ritmes ook alleen van de SCN vandaan komen.
Hoe reset licht de biologische klok? Een tak van de optische zenuw, retinohypothalamic path,
vervoert informatie naar het SCN. De axons zijn afkomstig van speciale ganglioncellen die zelf
reageren op licht, zelfs als ze geen input krijgen van de staafjes of kegeltjes.
Er zijn twee genen periode en timeless die de eiwitten respectievelijk PER en TIM produceren,
zij de circadiane ritmes. De concentratie van deze twee eiwitten, die slaap en inactiviteit
bevorderen, schommelen over de dag. Deze eiwitten hebben een kleine hoeveelheid aan het
begin van de dag en de hoeveelheid neemt toe naarmate de dag vordert. ‘S avonds bereiken ze
een hoog niveau waardoor men gaat slapen. De producties van de eiwitten stopt en de
concentratie daalt tot het begin van de ochtend, het moment waarop de cyclus weer opnieuw
begint. De genen voor deze ritmes zijn bij zowel zoogdieren als insecten hetzelfde. Mutaties in
de genen kunnen leiden tot abnormaal slaapgedrag.
, Hersenen en gedrag H8-16 ~ 1819
De SCN reguleert slapen en waken door het controleren van activiteitenniveaus van andere
hersengebieden inclusief de pineal gland (pijnappelklier). De pijnappelklier is een endocriene
klier die achter de thalamus ligt. De pijnappelklier laat het hormoon melatonine vrij. Melatonine
wordt veel ‘s avonds vrijgelaten, het verhoogt slaperigheid. Afgifte begint 2-3 uur voor bedtijd.
Een tumor op de pijnappelklier kan ervoor zorgen dat je dagen achter elkaar wakker blijft.
Melatonine pillen kunnen helpen als je door tijdzones reist of als je op een rare tijd moet gaan
slapen. Melatonine helpen maar een klein beetje voor in de avond, omdat er dan al melatonine
wordt geproduceerd. Melatonine koppelt terug om de biologische klok opnieuw in te stellen dmv
de effecten op de receptoren in de SCN.
8.2 Stages of sleep and brain mechanisms
Sleep and other interruptions of consciousness
Slaap is een staat die het brein actief produceert, het wordt gekarakteriseerd door een afname
van reactie op de stimuli.
Coma = verlengde periode van bewusteloosheid veroorzaakt door hoofdtrauma, beroerte ed.
Iemand in coma kan niet wakker worden gemaakt. Ze hebben een lage breinactiviteit en weinig
tot geen respons op stimuli. Ook stimuli die enorm pijnlijk zijn worden niet gevoeld. Als iemand
in coma niet binnen een paar weken wakker wordt gaat hij vaak dood.
Vegetatieve staat = een persoon wisselt tussen periodes van slaap en gematigde opwinding,
maar in beide staten heeft de persoon geen bewustzijn van de omgeving. Een pijnlijke stimuli
produceert een respons en de ademhaling is normaal. De persoon praat niet en reageert niet op
spraak. Ze hebben een cognitieve activiteit.
Minimally conscious state = een stadium hoger dan vegetatieve staat. Dit is een fase met zo
nu en dan periodes van zinvolle acties en een begrensde hoeveelheid spraak en begrip.
Hersendood = een conditie zonder tekenen van hersenactiviteit of reactie op een stimuli.
Mensen wachten tot de hersenen 24 uur geen activiteit hebben vertoond → hersendood.
Stages of sleep
Met een EEG kunnen onderzoekers de hersenactiviteit gedurende de verschillende slaapfases
meten.
Een polysomnografie is een combinatie van een EEG en oogbewegingsmetingen.
Alfagolven zijn karakteristiek voor ontspanning en niet voor volledige waakzaamheid.
, Hersenen en gedrag H8-16 ~ 1819
Slaapfases; gedurende 90 min.
● Tijdens waak: alleen regelmatige alfa-golven met een frequentie van 8-12 Hz.
● Fase 1:
○ Onregelmatige, lage spanningsgolven
○ Hersenactiviteit is lager dan waak-stadium aar hoger dan de andere slaapfases.
● Fase 2:
○ Sleep spindles: een uitbarsting van oscillatorische hersenactiviteit tussen de
thalamus en cortex, 12-14 Hz, die minstens gedurende 0,5 seconde volhouden.
○ K-complex: een scherpe golf, geassocieerd met de tijdelijke inhibitie van het ‘vuren’
van de neuronen.
● Fase 3:
○ Verlaging hersenactiviteit
○ Overgang van fase 2 naar grotere, langzamere golven
○ Slow-wave-sleep
● Fase 4:
○ Hartslag verlaagt
○ Brein activiteit verlaagt
○ Grote, langzame golven
○ Golven duren minimaal 0,5 sec.
○ Slow wave sleep
○ Hoge synchronisatie neuronen activiteit.
● REM: rapid-eye-movements sleep
○ Paradoxical sleep = op het ene moment is het een diepe slaap en op het andere licht.
○ Snelle, onregelmatige, lage spanningsgolven→verhoogde neuronen activiteit→ lichte
slaap
○ De posturale spieren zijn meer ontspannen tijdens REM dan andere fases → diepe
slaap
De fases die anders zijn dan REM worden non-REM slaap genoemd. Als je slaapt kom je eerst
in fase 1,2,3,4 en dan ga je terug van 4 naar 3 en 2 en dan kom je in de REM. Deze reeks
herhaalt zich steeds en duurt ongeveer 90 minuten. REM en dromen overlappen elkaar maar
zijn niet hetzelfde.
Frequentie van wakker worden tijdens de nacht hangt samen met het verlies van cellen in de
hypothalamus en met een tendens naar cognitieve achteruitgang. Oudere mensen worden ‘s
nachts vaker wakker dan jongeren.
Brain mechanisms of wakefulness, arousal and sleep
Als je de voorhersenen en een deel van de middenhersenen scheidt van de lagere structuren
zijn de waakzamere/ wakkere periodes kort. De sensorische informatie kan niet meer in de
hersenen aankomen. Toch is er nog steeds een slaap- en waakritme. Middenhersenen hebben
hun eigen mechanisme om te waken.
